高速数控机床在机械加工中的应用分析

鞠晓光

摘要： 伴随机械制造行业的深入发展，机械自动化技术在飞速进步，这在一定程度上提高机械加工的速度和质量。为了能够更好地提高数控机床的加工速度，高速数控机床应运而生，通过该技术能够更好地提高数控机床的工作速度，有利于提高产品品质。本文首先针对高速数控机床的概念、原理和特点进行阐述，然后对高速数控机床的分类进行论述，并且对数控机床的工艺以及高速数控机床的应用进行整体分析。

Abstract： With the in-depth development of the machinery manufacturing industry， mechanical automation technology is advancing rapidly， which improves the speed and quality of machining to a certain extent. In order to better improve the processing speed of CNC machine tools， high-speed CNC machine tools came into being. Through this technology， the working speed of CNC machine tools can be better improved， which is conducive to improving product quality. This article first describes the concepts， principles and characteristics of high-speed CNC machine tools， then discusses the classification of high-speed CNC machine tools， and analyzes the technology of CNC machine tools and the application of high-speed CNC machine tools as a whole.

關键词： 高速数控机床;机械加工;原理分析;工艺技术

Key words： high-speed CNC machine tools;machining;principle analysis;process technology

中图分类号：TG659                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2022）05-0076-03

0  引言

高速数控机床是现代机械化生产加工作业中的重要设备，通过该设备能够在很大程度上提升企业生产效率，有效促进数控机床高效工作。与此同时，还能够更有效地提高生产质量，能推动机械制造行业更好地发展。与此同时，高速数控机床还具有智能化和集成化的优势，从而实现对整个机械加工过程的控制。接下来，本文将对高速数控机床进行具体分析和探究。

1  高速数控机床概述

1.1 高速数控机床概念

在我国工业化快速发展的背景下，数控机床技术在机械制造领域占据难以取替的地位，一方面可以推动国家经济发展，另一方面促进机械制造业朝着智能化方向发展。数控机床能够实现机械制造业的高效生产加工作业，能够将信息技术与机械设备进行完美融合，从而有效促进自动化技术的发展。

1.2 高速数控机床原理

有关高速数控机床，其包括主轴系统、电动机系统、数控系统、冷却系统、支撑部件以及监控设备等;通过各个系统之间的运行，能够很好地进行高速数控机床的综合控制，确保高速数控机床正常运转。这种高速数控机床具有高精度的特点，而系统所具备的给速度最高能够达到250m/min，其中加速度最高能够达到10g。而且这种数控机床的精度十分高，能够保证精度在0.1～0.01um。

1.3 高速数控机床加工特点

1.3.1 高效性

高速数控机床作业具有高效性的特点，此种技术能够实现多种技术的结合，不但需要计算机技术作为整个数控机床操作的核心技能，还需要在此基础上接恶化机械学和电子学相关技术，从而有效实现企业的机械加工作业。通过这种自动化技术依托相关程序实现数控机床的高速生产，在单位时间内能够生产出更多的产品，有利于促进整个机械加工作业效率的提升，也能够在一定程度上提高加工精度。在提高产品品质的同时，让机械更多地代替人力，降低人为原因的失误，为企业实现高效生产提供保障。

1.3.2 高速性

在高速数控机床字面上，能够体现出其高速性的特点。通过该技术能够实现主轴转速的提升，同时也可以实现进给速度的加大，从而能够让数控机床速度加大。要求主轴速度应该大于36000r/min，而数控机床的电动机的功率具有严格的要求，一般都应该大于14kW，需要符合技术要求。还有一些高速数控机床的主轴转速可以达到60000r/min，这样能够更好地体现出高速数控机床的高速性特点。而且这种数控机船的精度非常高，能够控制到纳米级别的精细度。还能够使整个数控机床在运行中变得更加稳定、可靠，降低机床故障率，有利于企业经济利益的

提升。

1.3.3 智能化

高速数控机床具有智能化的特点，通过智能化系统来进行各个方面的控制。通过智能化的编程界面能够很好地对数控机床机械手的操作流程、操作动作、位移距离、夹具变化等内容进行输入和调试，从而能够让整个机械加工的步骤变得更加协调，通过智能化控制来实现自动化生产加工作业，能够实现较快的速度进行机械化生产，进一步提高工作效率和工作质量。另外，通过智能化的人机交互界面进行有效互动，可以实现对机械故障的修复，对整条生产线的监控，进而可以保证维修效率的提升，全面实现高速数控机床的智能化运作。如表1所示。

2  高速数控机床分类

根据驱动装置进行分类，包括开环控制数控机床、闭环控制数控机床、半闭环控制数控机床，其中开环控制数控机床系统中并没有一定的检测元件，一般都是混合形式的伺服步进电动机，从而更好地对系统所给出的指令进行一定的功率放大，然后能够更好地对电机进行指令的传输，这样就能够更好地通过齿轮减速设备来进行丝杠旋转的带动。还可以通过脉冲的频率来进行移动速度的控制，通过脉冲的数量来进行位移量的控制，这样就能够更好地进行数控床的控制。因为这种数控机床的控制是通过脉冲的形式来进行传播的，一旦脉冲发出，就不会再有相关的参数反馈回来，所以这种情况的机床被称为开环控制数控机床。这种机床具有结构简单的特点，而是生产成本非常低，能够更好地提高企业的经济利益。

3  具体应用分析

第一，与高速数控机床要求相符的小批量零件加工。因为制造数控机床的成本在不断下降，能够大幅度减少调试程序、准备工装所需时间，所以这是提升综合效益的重要方法。伴随高速发展的机械加工技术，越来越多的小批量生产零件企业青睐于高速数控装备。通过运用高速数控机床，能够实现规模化生产从而为企业提供强大的发展动力支持。

第二，金属切削机床的控制。此类设备集成了光电学、机械学等学科，这样的数控加工技术拥有更高质量、精度及效率。其将加工的精度质量、材料性能等相关参数指标，依据技术需要、加工工位进行挨个分解，由于数控系统的可靠稳定性，因此与金属切削的具体技术要求相符。

第三，应用于自动生产线。运用数控机床并非单一性的设备应用，而是具备较强相继属性的应用工程。针对机床产品，尤其是高速数控机床，可以看到自动化产品与技术会作用在控制机构、测量以及反馈机构每一部分。至于关键零件的很多加工工艺均会突破机械加工常规理念，而此类机床的设计便是突破常规的结构形式。比如进行模具电机的加工，需要精度较高的电极并要求良好的表面质量，特别是形状繁琐、加工薄壁的产品，将其用于加工环节能最大限度避免模具表面损伤。再比如，可以取替EDM加工模具，能够将电火花机床80%左右的加工环节取替，在缩减加工周期的同时减少生产成本支出。

4  加工效率影响分析

第一，编程程序。和其他类型的机械设备相比，数控机床是依托设备自动化性能来控制产品的生产，针对加工效率造成产影响的一项主要因素便是编程程序，有关企业對此应该持续改进和优化编程程序。可从实际情况来看，忽视编程工作，程序只要没有问题便不会改进和优化程序，同时不会考虑其规格，当前大部分企业的高速数控机床的机械加工效率均相对平稳，基本不会出现显著的上升或是下降。在实际加工中不可避免会产生故障问题，以往采取的方法难以彻底处理整个问题，导致隐患没有被充分消除，有关人员如果单纯重视测试、寻找填补程序漏洞的方法，必然会遏制编程程序的改进及优化，从而难以提升其加工效率。

第二，机械应用。高速数控机床在管理与使用过程中，作为操作人员应承担起相应的责任，唯有贯彻落实其本职工作，密切协调其他方面的工作，及时正确处理应用数控机床中产生的各种问题，进而有效确保机械加工效率。在具体操作中，企业大部分员工没有全面掌握相关企业规定，忽视自身的工作责任。高速数控机床在进行产品生产时，没有具体详细的操作流程、规章制度提供指导且随意性较强，相关人员在具体操作机床时会存在较大的安全隐患。

5  加工效率提升建议

第一，选取合适的数控设备。机床性能会对机械加工效率造成直接影响。基于此，如果要提高机械加工效率，高速数控机床的各项性能应能满足企业具体发展需求，这也是提高机械加工效率的保障。在设备采购环节，首先应充分了解对企业实际生产情况，选择适合的硬件和软件。合作厂商的选择，挑选信誉良好的商家展开合作，完成机床调试且进行试运行之后才可以投产。此期间如果存在问题需要及时联系厂商，寻找针对性的解决办法，进而让高速数控机床提高生产效率。

第二，提高思想认识水平。首先，数控技术的专业性和综合性较强。刨除数控机床还要使用合适的配套技术，发挥其效用、提升其效率。其次，控设备都拥有指定的生命周期。在一定时间内，无论是新技术还是新设备均拥有强大的生命力。可久而久之会被取替其他的新设备及技术。最后，应将人员的综合素质充分发挥，本文主要是指管理人员、技术人员和维护人员等。

6  发展趋势分析

第一，数控系统不断完善。从我国现阶段数控技术的使用情况分析，机械加工会涉猎很多方面，所以有必要对传统的数控系统、技术不断更新，将系统不足填补，从而设计更科学数控机械加工平台，促进我国机械加工行业更好地发展。

第二，机械制造业行业实现效能与精准度的提高。高速发展的社会经济促进机械加工产业的进步，在未来数控技术的使用中应进一步提高技术效能与精准性，以此为产品质量和加工效率提供保障。

第三，提高信息化建设水平。机械加工业若要实现持续性发展，在需提高对信息化建设的重视，当前数控技术需加大信息化创新力度，让行业整体提高数字化水平，促进机械行业的发展更加数字化、创新化以及高产能化。

7  高速数控机床的应用实例

本次高速数控机床应用以高速精密加工机床为例进行分析，该系统主要是通过4个高性能的高速陶瓷轴承组成，此系统具有一定的优势，因为是通过油脂来进行润滑工作，不需要进行机械保养，这样可以节省大量的保养时间和经费。转速范围能够达到5000～50000r/min，具有非常大的刚性能力和功率密度。此高速数控机床运用BLDC高速电机，转子中不涉及传感器，只需通过热传感器来进行温度的检测即可，从而能够更好地进行温度保护。具有高效率和发热量小的优势，可以实现一定的过载保护功能。而且是一种外壳集成的水冷却系统，能够同时进行定转子、轴承的冷却工作，可以进行快速散热，有效保证散热均匀，不会出现内部热应力的问题。同时可以实现对夹刀的监控，这样能够更好地促进安全生产工作，提高生产效率，有效降低企业的生产成本，提升企业经济效益。

7.1 SKDX5060小型高速数控雕铣机床的应用

7.1.1 机床特点

本机床主要运用了高精度的数字交流伺服驱动，同时还使用了比较高级的CNC数控系统提供服务，而其内部的高速垫主轴的功率能够达到2.2kW，受到市场的格外欢迎。此种机床主要采用桌面式样的龙门结构，具有比较高的刚度，同时所占用的空间相对较小，作业空间范围较大，能够满足多种零件加工的要求。机床所使用的驱动电机主要是日本山洋品牌电动机，具有超高的质量保证。此机床的主要加工范围大概能够在500mm～600mm之间，其中的抱闸电动机的行程大概为280mm，能够实现3轴和4轴的联动。其中主轴的转速最高能够达到24000r/min。如图1所示。

7.1.2 应用效果分析

此机床主要应用于比较复杂的模具加工作业之中，利用双人圆鼻刀来进行初步加工作业，要求此刀具的直径为10mm，线速度为380m/min。在经过初步加工之后，还可以利用双刃球刀来进行精细加工，要求刀具的直径为8mm。在某展会上使用此机床去进行小型手机壳的模具加工作业，手机壳模型具有非常多的按键，同时在屏幕的边上还存在着凹型腔，因此加工复杂程度较高。本次采用双刃球头刀来进行加工，要求线速度为200m/min，加工深度0.8mm，刀具间隔0.8mm，加工时间为1h，最终的加工效果相较理想。

7.2 SKXD6070高速数控雕铣机床的应用

7.2.1 机床特点

此机床能够加工作业的范围为600×700mm，具有非常高的精度和刚度，主要是用于精细加工作业。机床本身主要是龙门式样结构，具有受力比较均匀的特点。被加工的工件只能够在轴向进行移动，具有很好的动态特征。而且其横梁具有一定的倾斜度（角度是30°）。可以通过对导轨间的间距拉大来提升主轴的稳定性，可以提高加工质量。底座主要是箱型结构，拥有良好的稳定性，可以有效进行上面结构的支撑工作，对工件的变形量进行有效控制。机床的所有部件能够形成一个金字塔形状，为其主轴的高速运转而提供保障。机床的三个轴都使用了伺服电机，而且导轨具有比较低的摩擦系数，能够更好地提高加工效率，降低能量损耗，有效节省机床的维修保养费用。机床的主轴转速最高能够达到24000r/min，刀具的直径也有多种选择，具有非常好的应用效果。如图2所示。

7.2.2 应用效果分析

在进行汽车灯具模具加工的过程中，通过使用本机床来进行半精细加工和精细加工。在半精细加工的过程中使用直径为10mm的圆笔刀，精加工利用直径为6mm的球头刀，转速为5m/min，刀具间隔为0.1mm，加工时间为10h，可以节约时间2h，具有非常高的加工精细度，不需要再次进行抛光。

7.3 SKDX5060小型高速数控精密加工机床应用分析

该高速数控精密加工机床的轴承系统主要是由4个高性能高速陶瓷轴承进行组成，需要使用油脂来进行润滑操作。在日常的设备使用中不需要进行保养工作，能够省时省力。该数控机床的转速一般在5000-50000转每分钟，具有非常高的效率。该机床具有一定的高刚性和高功率密度的特点，电机为BLDC高速电机。其转子不需要进行位置传感器的安装，主要是通过热传感器来进行一定的温度保护工作。此种高速加工机床具有高效率和发热小的特点，能够很方便地进行驱动控制，还具有一定的过载保护的特点。该机床主要是通过外壳来进行水冷系统的集成，还需要进行电机定转子和前后轴承进行冷却，不需要通过其它外加的设备来进行冷却，这样才能够快速促进机床的散热工作。夹刀系统能够对刀具进行一定的控制，包括刀具的松开和刀具的夹紧，还能够对有无刀具进行一定的判读，有效提高机械加工的安全性。每次进行换刀工作后能够进行自动清洁工作，不需要其它信号进行控制，从而能够有效促进其工作效率的提升。换刀系统能够其重复精度能够达到0.002mm以内，具有一定的可靠性的方便性。而高速数控击穿主轴的转速一般在5000-8000转每分钟，最高可以达到10000转每分钟。而高速电主轴主要是集成在刀柄之中，能够进行不同转速和尺寸的使用，有利于进行各种机械加工作业。利用此种数控击穿能够提高生产效率，比正常的数控击穿要提高三倍，而加工时间缩短了40%。平均每个另加的加工时间能够缩短5分钟，原来的维修费用在10000-20000欧元之间，而利用此种高速数控机床进行应用，所需要的维修费用低于1000欧元。原来的维修时间大概需要2周，现在只需要10分钟。

8  结语

综上所述，在机械制造行业中高速数控机床的运用是十分重要的，不但能够有效加快工业生产效率。与此同时，更好地彰显高速数控机床的高效性、高速性、智能化、集成化以及经济性等优势，實现机械技工作业中各个阶段的生产优化，从而为企业的加工生产提供保障。在未来的发展中，数控技术会具有更高的加工精度，同时也会向着数字化的方向发展，实现多轴联动，并且具有一定的网络化智能控制，实现自动监控和恢复，助力我国制造业的持续性发展。

参考文献：

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